DE102016225444A1 - Improved media distribution in fuel cell stacks - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Brennstoffzellenstack (20) mit wenigstens zwei, insbesondere baugleichen, Brennstoffzellen (12), die insbesondere als Bipolarplatten (10) ausgestaltet sind, und die übereinandergestapelt sind, wobei die Brennstoffzellen (12) über zumindest eine Sammelleitung (24) mit gleichem Querschnitt fluidtechnisch miteinander verbunden sind, wobei insbesondere Aussparungen (16) mit gleichem Querschnitt, die Teil der Bipolarplatten (10) sind, die Sammelleitungen bilden. Es wird vorgeschlagen, mindestens ein Einlegeelement (28) in der Sammelleitung (24) anzuordnen, in welches mindestens eine Strömungsöffnung (30) für zumindest eine der Brennstoffzellen (12) eingebracht ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Einlegeelements (28) für einen Brennstoffzellenstack (20).The invention relates to a fuel cell stack (20) with at least two, in particular identical, fuel cells (12), which are designed in particular as bipolar plates (10) and which are stacked on top of each other, wherein the fuel cells (12) via at least one bus (24) with the same Cross-section fluidly connected to each other, in particular recesses (16) with the same cross-section, which are part of the bipolar plates (10), the manifolds form. It is proposed to arrange at least one insert element (28) in the collecting line (24) into which at least one flow opening (30) for at least one of the fuel cells (12) is introduced. The invention also relates to a method for producing such an insert element (28) for a fuel cell stack (20).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Brennstoffzellenstack mit wenigstens zwei, insbesondere baugleichen, Brennstoffzellen, die insbesondere als Bipolarplatten ausgestaltet sind, und die übereinandergestapelt sind, wobei die Brennstoffzellen über zumindest eine Sammelleitung mit gleichem Querschnitt fluidtechnisch miteinander verbunden sind, wobei insbesondere Aussparungen mit gleichem Querschnitt, die Teil der Bipolarplatten sind, die Sammelleitungen bilden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Einlegeelements für einen solchen Brennstoffzellenstack.The present invention relates to fuel cell stack with at least two, in particular identical, fuel cells, which are in particular designed as bipolar plates, and which are stacked, the fuel cells are fluidly connected to each other via at least one manifold with the same cross section, in particular recesses with the same cross section, the part which are bipolar plates that form manifolds. The invention also relates to a method for producing an insert element for such a fuel cell stack.
Stand der TechnikState of the art
Das Dokument
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung hat demgegenüber den Vorteil, dass mindestens ein Einlegeelement in der Sammelleitung angeordnet ist, in welches mindestens eine Strömungsöffnung für zumindest eine der Brennstoffzellen eingebracht ist, wodurch eine Zu- und/oder Abfuhr von Fluid unmittelbar für die zumindest eine Brennstoffzelle beeinflusst werden kann.The present invention has the advantage that at least one insert element is arranged in the manifold, in which at least one flow opening for at least one of the fuel cells is introduced, whereby an intake and / or removal of fluid can be directly influenced for the at least one fuel cell ,
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch möglich. So ist es denkbar, dass in das Einlegeelement eine Vielzahl von Strömungsöffnungen eingebracht ist, wobei insbesondere jeweils mindestens eine Strömungsöffnung jeweils einer Brennstoffzelle zugeordnet ist. So kann eine Zu- und/oder Abfuhr von Fluid unmittelbar an jeder einzelnen Brennstoffzelle des Brennstoffzellenstacks beeinflusst werden.The features listed in the dependent claims advantageous developments of the invention according to the main claim are possible. Thus, it is conceivable that a large number of flow openings is introduced into the insert element, wherein in each case at least one flow opening is assigned in each case to a fuel cell. Thus, an inflow and / or outflow of fluid can be influenced directly at each individual fuel cell of the fuel cell stack.
Vorteilhaft ist es, wenn unterschiedliche Strömungsöffnungen, insbesondere entlang der Sammelleitung, unterschiedliche Querschnitte aufweisen, wodurch die Zu- und/oder Abfuhr von Fluid an jeder einzelnen Brennstoffzelle unterschiedlich gestaltet werden kann.It is advantageous if different flow openings, in particular along the manifold, have different cross sections, whereby the supply and / or removal of fluid can be designed differently on each individual fuel cell.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Größe der Querschnitte der jeweiligen Strömungsöffnungen bei einer Zufuhr von Fluid in Strömungsrichtung entlang der Sammelleitung zunimmt und/oder bei einer Abfuhr von Fluid in Strömungsrichtung entlang der Sammelleitung abnimmt. So kann die Menge an strömendem Fluid nahezu gleichmäßig auf alle Brennstoffzellen verteilt werden.It is particularly advantageous if the size of the cross sections of the respective flow openings increases with a supply of fluid in the flow direction along the collecting line and / or decreases during a discharge of fluid in the flow direction along the collecting line. Thus, the amount of flowing fluid can be almost equally distributed to all fuel cells.
Bevorzugt ist es, wenn das Einlegeelement an einer den Brennstoffzellen zugewandten Seite, insbesondre an einer den Brennstoffzellen zugewandten Wandung der Sammelleitung, angeordnet ist, wodurch eine besonders effektive Beeinflussung der Zu- und/oder Abfuhr von Fluid erfolgen kann.It is preferred if the insert element is arranged on a side facing the fuel cell, in particular on a wall of the manifold facing the fuel cell, whereby a particularly effective influencing of the supply and / or removal of fluid can take place.
In einer bevorzugten Ausführung ist in und/oder an dem mindestens einen Einlegeelement zumindest ein Führungselement, insbesondere unmittelbar in und/oder an der mindestens einen Strömungsöffnung, ausgebildet. So kann die Strömung von zu- und/oder abgeführtem Fluid zusätzlich beeinflusst werden.In a preferred embodiment, at least one guide element, in particular directly in and / or at the at least one flow opening, is formed in and / or on the at least one insert element. Thus, the flow of added and / or discharged fluid can be additionally influenced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist ein weiteres Einlegeelement in der Sammelleitung angeordnet, wodurch eine zusätzlich Beeinflussung der Zu- und/oder Abfuhr von Fluid ermöglicht wird.In a further advantageous embodiment, a further insert element is arranged in the manifold, whereby an additional influence on the supply and / or discharge of fluid is made possible.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das weitere Einlegeelement an einer von den Brennstoffzellen abgewandten Seite, insbesondre an einer von den Brennstoffzellen abgewandten Wandung der Sammelleitung, angeordnet ist, wodurch eine besonders effektive, zusätzliche Beeinflussung der Zu- und/oder Abfuhr von Fluid erfolgen kann.It is particularly preferred if the further insert element is arranged on a side facing away from the fuel cell side, in particular on a side remote from the fuel cell wall of the manifold, whereby a particularly effective, additional influence on the supply and / or removal of fluid can take place.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn an dem mindestens einen weiteren Einlegeelement mindestens ein Führungselement, insbesondere gegenüberliegend von mindestens einer Strömungsöffnung, ausgebildet ist, wodurch die Zu- und/oder Abfuhr von Fluid zusätzlich verbessert werden kann.It is particularly advantageous if at least one guide element, in particular opposite of at least one flow opening, is formed on the at least one further insert element, whereby the supply and / or removal of fluid can additionally be improved.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Einlegeelements für einen Brennstoffzellenstack nach der vorhergehenden Beschreibung. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass in das Einlegeelement, insbesondere mittels eines Stanzverfahrens, mindestens eine Strömungsöffnung eingebracht wird, wobei durch das Einbringen der Strömungsöffnung mindestens ein weiteres Führungselement, vorzugsweise unmittelbar in- und/oder an der mindestens einen Strömungsöffnung, ausgebildet wird. Dadurch wird eine kostengünstige Herstellung des Einlegeelements für einen Brennstoffzellenstack ermöglicht.The invention also relates to a method for producing at least one insert element for a fuel cell stack according to the preceding description. The method is characterized in that at least one flow opening is introduced into the insert element, in particular by means of a stamping method, wherein at least one further guide element, preferably directly in and / or at the at least one flow opening, is formed by introducing the flow opening. As a result, a cost-effective production of the insert element for a fuel cell stack is made possible.
Figurenlistelist of figures
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer als Bipolarplatte ausgestalteten Brennstoffzelle, -
2 eine schematische, perspektivische Ansicht von übereinander gestapelten Bipolarplatten aus1 mit zusätzlicher Medienleitung, -
3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Brennstoffzellenstacks, -
4 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstacks mit einem Einlegeelement, -
5 eine schematische Darstellung eines Querschnitts des Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstacks mit einem Einlegeelement aus4 , -
6 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstacks mit einem Einlegeelement, -
7 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstacks mit einem Einlegeelement und einem weiteren Einlegeelement, -
8 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Brennstoffzellenstacks mit nur einem weiteren Einlegeelement.
-
1 a schematic representation of a configured as a bipolar plate fuel cell, -
2 a schematic perspective view of stacked bipolar plates from1 with additional media line, -
3 a schematic representation of a cross section of a fuel cell stack, -
4 1 is a schematic, perspective view of an embodiment of a fuel cell stack with an insert element, -
5 a schematic representation of a cross section of the embodiment of a fuel cell stack with an insert element4 . -
6 FIG. 2 a schematic illustration of a cross section of a further exemplary embodiment of a fuel cell stack with an insert element, FIG. -
7 FIG. 2 a schematic representation of a cross section of a further exemplary embodiment of a fuel cell stack with an insert element and a further insert element, FIG. -
8th a schematic representation of a cross section of another embodiment of a fuel cell stack with only one further insert element.
Beschreibungdescription
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Bauteile, bzw. Komponenten, stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same components or components are always provided with the same reference numerals, which is why they are usually described only once.
In
In der
In
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass ein Einlegeelement
Entsprechend ist in
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist in das Einlegeelement
Die unterschiedlichen Strömungsöffnungen
Wie man der
Ebenso ist es denkbar das Einlegeelement in eine Sammelleitung
In
In
Das weitere Einlegeelement
Darüber hinaus sind an dem weiteren Einlegeelement
Alternativ ist es aber auch denkbar, dass in einem weiteren Ausführungsbeispiel lediglich das weitere Führungselement
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung des Einlegeelements
Für die in
Für das in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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